鎢鉬稀土在新能源電池領域的應用與市場研究（二，上）

第I部分 電池、鎢、鉬和稀土的介紹

第二章 常見電池的介紹（上）

2.1 鉛酸電池

鉛酸電池（Valve-Regulated Lead-Acid，縮寫爲“VRLA”），又稱閥控鉛酸蓄電池，是一種廣泛應用的蓄電池類型。它的正極主要成分是二氧化鉛，負極是以鉛爲主，而電解液則是硫酸溶液。

一個單獨的鉛酸電池單元的標稱電壓爲2.0V，它可以在放電時降至1.5V，而在充電時升至2.4V。通常情况下，爲了達到更高的電壓需求，我們會將6個單元的鉛酸電池串聯在一起，以組成標稱電壓爲12V的鉛酸電池，當然也可以形成24V、36V、48V等其他電壓等級。

鉛酸電池的歷史可以追溯到1859年，由法國人普蘭特發明。自那時以來，鉛酸電池在理論研究和産品開發方面都取得了長足的進展。它廣泛應用于多個領域，包括但不限于交通、通信、電力、軍事、航海和航空等經濟領域。鉛酸電池由于其可靠性和性能，成爲這些領域中不可或缺的能量儲存解决方案。

根據鉛酸電池的結構和用途的不同，我們可以將其大致分爲四大類：

啓動用鉛酸電池：這類電池通常用于啓動和點火汽車發動機。它們需要在瞬間提供大量電流以啓動發動機。

動力用鉛酸電池：這種類型的電池通常用于電動汽車、高爾夫球車和其他需要連續動力輸出的應用中。

固定型閥控密封式鉛酸電池：這些電池通常用于UPS（不斷電供應系統）系統、太陽能儲能系統以及需要備用電源的應急場合。

其他類：包括小型閥控密封式鉛酸電池、礦燈用鉛酸電池等，這些電池在一些特殊應用中發揮著獨特的作用。

鉛酸電池的廣泛應用和不斷創新使其成爲電力領域中不可或缺的能量儲存技術，同時也促進了其性能和可持續性的改進。

2.1.1 鉛酸電池基本結構

鉛酸電池結構包括正極材料，負極材料，隔板，電解液，安全閥，端子，外殼和蓋子等。

鉛酸電池基本結構

在鉛酸電池中，一部分數量的電解液被吸收在極片和隔板中，以此增加負極吸氧能力，阻止電解液損耗，使電池能够實現密封。

2.1.1.1 鉛酸電池正極材料

2.1.1.2 鉛酸電池負極材料

2.1.1.3 鉛酸電池隔板

2.1.1.4 鉛酸電池電解液

2.1.2 鉛酸電池工作原理

2.1.3 鉛酸電池主要特性

2.1.4 鉛酸電池生産工序

2.1.5 鉛酸電池性能的影響因素

2.1.5.1 正極材料對鉛酸電池性能的影響

2.1.5.2 負極材料對鉛酸電池性能的影響

2.1.5.3 隔膜對鉛酸電池性能的影響

2.1.5.4 電解液對鉛酸電池性能的影響

2.1.5.5 放電深度對鉛酸電池性能的影響

2.1.5.6 過充電程度對鉛酸電池性能的影響

2.1.5.7 工作溫度對鉛酸電池性能的影響

2.1.5.8 浮充電壓對鉛酸電池性能的影響

2.1.5.9 保養不到位對鉛酸電池性能的影響

2.1.6 鉛酸電池技術指標

2.1.7 鉛酸電池使用注意事項

2.1.8 鉛酸電池的應用

2.1.9 鉛酸電池的發展狀况

鉛酸蓄電池産業在國民經濟中扮演著至關重要的角色，其影響不僅涵蓋了工業、交通、通信、金融、國防軍工、航海航天、新能源儲能等産業，還滲透至人們日常生活的方方面面。因而該行業對于經濟和國防建設事業具有不可替代的重要性。近二十年來，鉛酸蓄電池行業正經歷著從傳統低端産業向新型中高端産業的轉型。

從2005年開始，中國已經成爲全球最大的鉛酸蓄電池生産、出口和消費國，行業總産量的年均增長率一度超過11%。然而，隨著中國經濟步入减速調整的新常態，進入2018年後，鉛酸蓄電池行業的總産量增速略有下降，穩定在8.5%以下，進入了一個中低速但穩健發展的新階段。這個階段標志著鉛酸蓄電池産業在不斷適應市場需求和國家政策引領下，邁向更高端和可持續的發展道路。

根據工信部數據，2020年1月至12月，全國電池製造業主要産品中，鉛酸蓄電池産量約22735.6萬千伏安時，同比增長12.28%；鋰離子電池産量約188.5億隻，同比增長14.4%。

華經産業研究院消息顯示，2021年中國鉛酸蓄電池産量爲21650萬千伏安時，同比下降4.8%。市場規模呈現逐年增長，2021年中國鉛酸蓄電池市場規模約爲1685億元，同比增長1.6%。預計2022年市場規模達到1742億元，同比增長3.4%。據中鎢在綫統計海關數據，2022年中國用于起動活塞式發動機的鉛酸蓄電池進口量86.67萬個，同比减少23.88%，進口金額4.56億元，同比减少29.85%；其他鉛酸蓄電池進口量270.36萬個，同比减少42.20%，進口金額4.71億元，同比减少22.02%。2022年中國用于起動活塞式發動機的鉛酸蓄電池出口量4869.10個，同比增長5.54%，出口金額62.99億元，同比增長16.03%；其他鉛酸蓄電池出口量16356.27個，同比增長14.06%，出口金額193.17億元，同比增長17.57%。

尚普諮詢集團消息顯示，2023年全年中國鉛酸蓄電池産量預計爲24500kVAh，同比增長3.6%；中國鉛酸蓄電池市場規模預計爲1750億元，同比增長3.9%。從細分市場來看，2023年全年中國鉛酸蓄電池細分市場占比結構中：汽車起動（起動電池）占比達44%、電動車動力（動力電池）占比27%、通信領域占比9%、電力（風力、太陽能發電）占比7%。

據中鎢在綫統計海關數據，2023年1-8月中國用于起動活塞式發動機的鉛酸蓄電池進口量38.15萬個，進口金額1.81億元；其他鉛酸蓄電池進口量150.62萬個，進口金額3.22億元。2023年1-8月中國用于起動活塞式發動機的鉛酸蓄電池出口量3829.27個，出口金額45.86億元；其他鉛酸蓄電池出口量12085.01個，出口金額99.92億元。

從産量結構上看，國內鉛酸蓄電池産量主要集中于浙江、湖北和河北，此外，江蘇、安徽、廣東三地也占據一定的比例。國內鉛酸蓄電池産量最高的省份是浙江省，占全國鉛酸蓄電池總産量約28%；其次是湖北省，占比約12%；第三河北省，占比約11%。

目前國內鉛酸蓄電池行業的龍頭企業主要有天能股份、駱駝股份、超威動力、南都電源、聖陽股份、萬里股份、雄韜股份、猛獅科技等。

2.1.10 鉛酸電池的發展瓶頸

2.1.11 鉛酸電池的發展前景

2.2 鋰離子電池

2.2.1 鋰離子電池基本結構

2.2.1.1 鋰離子電池正極材料

2.2.1.1.1 磷酸鐵鋰正極材料

2.2.1.1.2 三元鋰材料

2.2.1.1.3 鈷酸鋰正極材料

2.2.1.1.4 錳酸鋰正極材料

2.2.1.2 鋰離子電池負極材料

2.2.1.2.1 鋰離子電池碳負極材料

a. 鋰離子電池石墨化碳負極材料

b. 鋰離子電池無定形碳負極材料

2.2.1.2.2 鋰離子電池非碳負極材料

非碳系負極材料在鋰離子電池領域中具有廣泛的研究和應用，它作爲替代傳統碳負極材料的一種選擇，有望提高電池性能和能量密度。常見的鋰離子電池非碳系負極材料包括鎢基材料、鉬基材料、矽基材料、錫基材料、鈦基材料、合金負極材料等。

鎢基材料：包括氧化鎢（WO3）和二硫化鎢（WS2）。鎢基材料具有較高的理論比容量，可以實現高能量密度的電池，但其應用受到材料體積變化較大的挑戰。

鉬基材料：鉬基材料如氧化鉬（MoO3）和二硫化鉬（MoS2）在鋰離子電池中具有應用潜力，因其儲鋰性能較好。

矽基材料：矽負極材料因其高容量而備受關注，但受到矽膨脹引起的體積變化問題的制約。研究者通過納米化和複合材料的設計來解决這一問題。

錫基材料：錫基負極材料包括氧化錫（SnO2）和錫化合物，如錫化鈉（Na4Sn3）等。它們具有高容量和高充放電效率，但也伴隨著體積膨脹問題。

鈦基材料：鈦基負極材料如氧化鈦（TiO2），具有較低的儲鋰容量，但其安全性較高，不易發生極端熱失控。

合金負極材料：包括錫基合金、矽基合金、鍺基合金等。合金負極材料結合了多種元素的優點，可以提供高容量和相對較好的穩定性。

這些非碳系負極材料的應用通常伴隨著一些挑戰，如體積膨脹、循環穩定性、材料成本等。因此，研究者正在不斷尋求新的合成方法和材料設計，以克服這些挑戰，從而提高電池性能，延長循環壽命，降低成本，以滿足不斷增長的能源儲存需求。

a. 鋰離子電池鎢基非碳負極材料

鎢基非碳負極材料是一種鋰離子電池負極材料，它的特殊之處在于它的成分包括過渡金屬鎢化合物，而不是傳統的碳材料。常見的應用于負極材料中的過渡金屬鎢化合物有氧化鎢（如黃色氧化鎢和紫色氧化鎢）、二硫化鎢和二硒化鎢。

鎢基非碳負極材料特點：高儲鋰能力：能够吸收和釋放更多的鋰離子，從而增加電池的容量。高導電性：鎢基非碳負極材料通常具有較高的電導率，這有助于電池的高效率運行。較長的循環壽命：在多次充放電循環後仍能保持電池性能，進而减少電池更換的頻率，降低維護成本。高化學穩定性：可以在電池充放電過程中維持其結構完整性。

b. 鋰離子電池鉬基非碳負極材料

鉬基非碳負極材料是一種鋰電池負極材料，其特點是使用過渡金屬鉬化合物作爲功能性添加劑，以代替傳統的碳材料，具有較高的儲鋰能力，優异的電導率，良好化學穩定性等。

鉬基非碳負極材料可以應用于鋰離子電池的負極，包括便携式電子設備、電動汽車、儲能系統等。它們能够改善電池的容量、循環壽命和安全性能。

鋰離子電池中的鉬基非碳負極材料是一種使用過渡金屬鉬化合物作爲功能性添加劑的非碳負極材料。這種材料通常用于替代傳統的碳負極材料，以提高電池性能和循環壽命。常見的應用于負極材料中的過渡金屬鉬化合物有氧化鉬（MoO2），硫化鉬（MoS2），硒化鉬（MoSe2）等。

鉬基非碳負極材料的特點與鎢基非碳負極材料的特點相似，具體如下：高理論容量：能够存儲更多的鋰離子。良好的首次效率：這意味著該負極材料在初始充電時能够更有效地接受鋰離子。循環壽命：鉬基非碳負極材料可以經受多次充電和放電循環而不快速退化。較高的安全性，不易使電池發生熱失控或其他安全問題。

鉬基材料可以應用于鋰離子電池的非碳負極材料，進而能爲便携式電子設備、電動汽車、儲能系統等設備提供能量。

c. 鋰離子電池矽基非碳負極材料

d. 鋰離子電池鈦基非碳負極材料

e. 鋰離子電池錫基非碳負極材料

f. 鋰離子電池合金負極材料

2.2.1.3 鋰離子電池隔膜

2.2.1.3.1 鋰離子電池聚乙烯隔膜

2.2.1.3.2 鋰離子電池聚丙烯隔膜

2.2.1.4 鋰離子電池電解液

2.2.1.4.1 鋰離子電池液態電解質

2.2.1.4.2 鋰離子電池固態電解質

2.2.1.5 鋰離子電池工作原理

2.2.1.6 鋰離子電池主要特性

2.2.1.6.1 鋰離子電池的能量密度

2.2.1.6.2 鋰離子電池的續航時間

2.2.1.6.3 鋰離子電池的使用壽命

2.2.1.6.4 鋰離子電池的充電性能

2.2.1.6.5 鋰離子電池的安全性

2.2.1.7 鋰離子電池分類

2.2.1.7.1 磷酸鐵鋰電池

2.2.1.7.2 三元鋰電池

2.2.1.7.3 鈷酸鋰電池

2.2.1.7.4 錳酸鋰電池

2.2.1.7.5 液態鋰離子電池

2.2.1.7.6 固態鋰離子電池

2.2.1.7.7 圓柱鋰離子電池

2.2.1.7.8 方形鋰離子電池

2.2.1.7.9 軟包鋰離子電池

a. 軟包鋰電池的基本結構

b. 軟包鋰電池與硬包鋰電池區別

c. 軟包鋰電池爲什麽會脹氣

d. 軟包鋰電池的生産流程

2.2.1.7.10 耐高溫鋰離子電池

2.2.1.7.11 耐低溫鋰離子電池

2.2.1.8 鋰離子電池生産工序

2.2.1.9 鋰離子電池性能的影響因素

2.2.1.9.1 正極材料對鋰離子電池性能的影響

2.2.1.9.2 負極材料對鋰離子電池性能的影響

2.2.1.9.3 隔膜對鋰離子電池性能的影響

2.2.1.9.4 電解液對鋰離子電池性能的影響

2.2.1.9.5 放電深度對鋰離子電池性能的影響

2.2.1.9.6 過充電程度對鋰離子電池性能的影響

2.2.1.9.7 工作溫度對鋰離子電池性能的影響

2.2.1.9.8 放電電流密度對鋰離子電池性能的影響

2.2.1.10 鋰離子電池對正極材料的要求

2.2.1.11 鋰離子電池對負極材料的要求

2.2.1.12 鋰離子電池對隔膜的要求

2.2.1.13 鋰離子電池對電解液的要求

2.2.1.14 鋰離子電池技術指標

2.2.1.15 鋰離子電池使用注意事項

2.2.1.16 鋰離子電池的應用

2.2.1.17 鋰離子電池的發展狀况

2.2.1.18 鋰離子電池的發展瓶頸

2.2.1.19 鋰離子電池的發展前景

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